中心議題：

• 亮度感應自動控制的功能
• 亮度感應自動控制存在的問題
• 亮度感應自動控制硬件電路設計及系統(tǒng)軟件設計

解決方案：

• 亮度感應自動控制硬件電路設計
• 亮度感應自動控制的自動校正算法
• 亮度感應自動控制的模擬遲滯比較算法

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隨著數(shù)字技術的突飛猛進，以及液晶電視機功能的越來越齊全，使用戶能夠進行頻道、顏色、亮度、對比度、音量等個性化的設置。亮度是彩色液晶電視機質(zhì)量的一個指標，在現(xiàn)有的液晶電視中，使用者可以通過調(diào)整OSD菜單項進行調(diào)亮或者調(diào)暗，但是不能根據(jù)當前周圍環(huán)境的亮暗，自動進行亮度調(diào)整。因此，如何使個人在看液晶電視時避免眼睛疲勞，隨時都能在最舒服的亮度下欣賞節(jié)目，成為影響液晶電視進一步提升的重要瓶頸。在白天陽光強烈或顯示屏有反光現(xiàn)象時，如果此時液晶背光板亮度不夠，就不能清楚地欣賞節(jié)目和操作；在黃昏或光源較暗的時候，如果液晶背光板亮度太強，使用者會感受到刺眼的感覺，眼睛易疲勞。因此要實現(xiàn)適合人眼觀看的液晶電視亮度，關鍵是亮度感應自動控制。

本文對液晶電視亮度感應自動控制存在的問題進行了深入探討，并提出了對應的改進和防范措施。通過亮度感應器，采集到周圍環(huán)境的亮度；進行多次采樣自動校正算法，減少外界環(huán)境亮度變化的干擾，得到穩(wěn)定的亮度；通過模擬遲滯比較算法，減少亮度忽亮忽暗的變化，設定穩(wěn)定的控制液晶面板背光的脈寬調(diào)制信號；由脈寬調(diào)制信號對液晶面板背光進行調(diào)整得到自適應環(huán)境的最舒服的畫面亮度。

1 亮度感應自動控制的功能

脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。

亮度感應自動控制是通過亮度感應器，采集到周圍環(huán)境的亮度，液晶電視中央處理器自動根據(jù)周圍環(huán)境的亮度設定穩(wěn)定的控制液晶面板背光的PWM信號，由PWM信號對液晶面板背光進行調(diào)整，得到自適應環(huán)境的最舒服的畫面亮度。在白天陽光強烈時或顯示屏有反光現(xiàn)象時，此時液晶背光板亮度不夠，液晶電視自動調(diào)高亮度，使得用戶能夠清楚地欣賞節(jié)目和操作；在黃昏或光源較暗的時候，液晶電視自動調(diào)低亮度，那么降低了液晶背光板的亮度，用戶就不會有刺眼的感覺，眼睛不易疲勞，不容易會引起眼力勞損，出現(xiàn)視力模糊或視力下降等癥狀。

2 亮度感應自動控制存在的問題

現(xiàn)有的液晶電視的亮度自動控制方法不理想，當周圍環(huán)境亮度突然變亮，液晶電視即自動啟動調(diào)亮亮度；當周圍環(huán)境亮度突然變暗，液晶電視即自動啟動調(diào)暗亮度。由于周圍環(huán)境亮度由亮變暗，由暗變亮的變化時間非常短，液晶電視也自動跟著調(diào)整由暗變亮，由亮變暗，這樣在液晶屏幕上所看到的忽亮忽暗的變化，大大影響用戶欣賞節(jié)目，同時加大眼睛疲勞度。所以為了解決亮度能夠自動控制，又不引起畫面忽亮忽暗，讓用戶隨時都能在最舒服的亮度下欣賞節(jié)目，成為影響液晶電視進一步提升的重要瓶頸。亮度感應自動控制存在的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2．1 亮度感應自動控制環(huán)境不穩(wěn)定因素
(1) 光線的變化。液晶電視的亮度感應器對周圍環(huán)境亮度的變化非常敏感，但是周圍環(huán)境亮度受多種因素的影響，環(huán)境燈光的開關，例如室內(nèi)裝飾燈、日光燈，會引起亮度的變化；自然太陽光光線照射進來，亮度變亮，當太陽光光線被烏云遮蔽，亮度變暗；

(2) 運動物體。周圍環(huán)境物體的移動，包括人的移動，產(chǎn)生陰影引起亮度的變化，進而影響到液晶電視的亮度自動控制。

2．2 液晶電視結構的限制
亮度感應自動控制用感應器的感光效果，還受到感應器安裝在液晶電視的位置，安裝感應器塑膠殼子上的開孔孔徑，安裝感應器的角度等影響。

(1) 感應器安裝位置。一般感應器接受器安裝在液晶電視的前殼上，如果安裝在殼子的正中央位置，接受光線的效果會比較好，但是會影響到整機外觀。為了不影響到整個外觀，所以一般感應器接受器安裝在前殼的右下腳位置，在LED指示燈邊上。
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(2)感應器開孔孔徑。感應器接受器安裝在液晶電視的前殼上，開孔的孔徑大小也會影響到光的接受，如果開孔的孔徑足夠大，提高接受光線的效果，但是會影響到整機外觀， 所以一般殼子的開孔的孔徑至少為感應器接受器的孔徑大小。

(3)感應器有效接收角度。有些液晶電視的前框殼子，由于造型的要求，會有些斜邊的角度，如果感應器接受器安裝在斜邊的位置上，將會影響感應器的光感應接收。

2．3 軟體系統(tǒng)存在不完善
軟體系統(tǒng)的設計邏輯架構的合理性，軟體偵側感應器的方法是影響到亮度感應自動控制的主要因素，其中主要因子是偵側的時間和次數(shù)。如果偵側的時間和次數(shù)太短，感應器接受器不夠穩(wěn)定，造成亮度感應自動控制啟動過于頻繁；如果偵側的時間和次數(shù)過長，感應器接受器接收到的也許是過時數(shù)據(jù)，不能實時反饋周圍環(huán)境亮度的變化，造成亮度感應自動控制啟動反應較遲鈍。通常在OSD菜單上，設計一項亮度感應自動控制啟動／關閉可選開關。如果開關選擇關閉，將禁止亮度感應自動控制，即畫面亮度不會由于環(huán)境亮度的變化而改變。另外，液晶電視機器本身故障、元器件損壞，也會影響到軟體的亮度感應自動控制。

3 亮度感應自動控制的硬件電路設計

亮度感應自動控制的基體方塊由光感應器、A／D轉換、CPU、圖形處理器、亮度控制模塊、液晶面板等組成。根據(jù)周圍環(huán)境的亮度狀況，光感應器輸出一定值的直流電平，該直流電平信號通過A／D轉換成數(shù)字信號，并送到CPU。一方面由CPU根據(jù)程序的設定，輸出特定周期和占空比的PWM方波信號，經(jīng)過濾波和整形之后，變?yōu)橐欢ǖ闹绷麟娖?，作為亮度控制模塊的亮度控制信號，再由亮度控制模塊改變液晶面板燈管的電流，從而改變液晶面板的亮度大小；另一方面CPU根據(jù)程序的設定，調(diào)整圖形處理器的亮度寄存器值，從而改變輸出到液晶面板的數(shù)據(jù)亮度的大小。從圖像處理器輸出自適應亮度數(shù)據(jù)信號和自適應的亮度控制信號到亮度控制模塊，從而最終實現(xiàn)對液晶電視的感應自動控制。如圖1所示。

4 亮度感應自動控制的系統(tǒng)軟件設計

4．1 亮度感應自動控制軟件架構
亮度感應自動控制的軟件架構主要包含亮度數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測技術、自動校正算法和模擬遲滯比較算法。亮度數(shù)據(jù)采集是通過光感應器感應周圍環(huán)境的亮度，將亮度信號轉換為模擬電信號，再由ADC轉變?yōu)閿?shù)字信號，此數(shù)字信號再送到液晶電視的CPU進行處理。通過亮度數(shù)據(jù)采集到的數(shù)字信號，送到CPU進行自動校正算法處理；然后再進行模擬遲滯比較算法得到穩(wěn)定的PWM信號；由控制背光亮度模塊控制液晶面板的背光。如圖2所示。

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4．2 自動校正算法
亮度感應自動控制的自動校正算法的步驟：首先設定采集亮度數(shù)據(jù)的時間間隔以及設定采樣次數(shù)；當時間間隔定時到時，讀取光感應器亮度的數(shù)據(jù)；當采樣次數(shù)到達預設次數(shù)后，輸出穩(wěn)定的亮度；再由CPU輸出穩(wěn)定的PWM，去控制液晶面板的背光。設定采集亮度數(shù)據(jù)時間間隔201是初始化每次采集光感應器亮度的時間。時間定時到202是達到可以去采集光感應器亮度的時間。采集亮度數(shù)據(jù)203是CPU讀取光感應器亮度數(shù)據(jù)通過ADC的數(shù)字信號的數(shù)值。到達采樣次數(shù)204是到達采集亮度數(shù)據(jù)都一樣的次數(shù)，表示環(huán)境亮度已經(jīng)穩(wěn)定，不再變化。輸出穩(wěn)定的亮度205是CPU輸出穩(wěn)定的PWM去控制液晶面板的背光。如圖3亮度感應自動控制的自動校正算法的工作流程所示。

4．3 模擬遲滯比較算法
模擬遲滯比較算法與普通的自動感應亮度控制的一個閾值電壓不同，設定了兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負向閾值電壓。在環(huán)境亮度輸入信號從低電平(暗)上升到高電平(亮)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平(亮)下降到低電平(暗)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負向閾值電壓。

亮度感應自動控制的模擬遲滯比較算法將PWM的背光控制分成五段，四個模擬遲滯比較算法控制。每個模擬遲滯比較器有兩個閾值ADC值，分別稱為正向閾值ADC和負向閾值ADC。在環(huán)境亮度輸入信號從低電平(暗)上升到高電平(亮)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入ADC稱為正向閾值ADC，在輸入信號從高電平(亮)下降到低電平(暗)的過程中使PWM電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入ADC稱為負向閾值ADC。例如ADC2是正向閾值ADC，ADC1是負向閾值ADC，在環(huán)境亮度輸入信號從ADCI低電平(暗)上升到ADC2高電平(亮)的過程中，使PWM狀態(tài)由PWN5轉變?yōu)镻WM4；在環(huán)境亮度輸入信號從ADC2高電平(亮)下降到ADC1低電平(暗)的過程中，使PWM狀態(tài)由PWN4轉變?yōu)镻WM5。這樣設計成阻止環(huán)境亮度輸入信號出現(xiàn)微小變化(低于某一閾值ADC)而引起輸出PWM的改變，確保穩(wěn)定的液晶面板背光控制。如圖4亮度感應自動控制的模擬遲滯比較算法的曲線圖所示。

5 結束語

本設計實現(xiàn)了亮度感應自動控制，分為亮度數(shù)據(jù)采集、自動校正算法、模擬遲滯比較算法、控制背光亮度模塊。通過多次采樣自動校正算法，得到穩(wěn)定的亮度控制信號。提出軟體模擬遲滯比較算法模型，避免由于環(huán)境亮度出現(xiàn)微小變化而引起畫面亮度忽亮忽暗的變化，為液晶電視的亮度感應處理提供了一個理想的解決方案。